Многочисленными исследованиями установлено, что повторное включение выпавшего из синхронизма СД, не сопровождающееся возникновением опасных для него ударных токов и моментов, может быть произведено при условии, если к моменту включения ток обмотки возбуждения, уменьшенный в процессе гашения магнитного поля в ней, составляет не более [3, 13, 17]. Показателем эффективности способа гашения магнитного поля является время tг гашения его до указанной величины тока возбуждения. При проведении самозапуска СД нужно наиболее быстро погасить поле, что дает возможность провести повторное включение двигателя с максимальной начальной частотой вращения, а это значительно облегчает и упрощает процесс разгона и вхождение в синхронизм и, следовательно, повышает надежность самозапуска.
В настоящее время в статических возбудителях всех типов, выполненных на основе управляемых тиристорных схем выпрямления переменного напряжения, предусмотрено гашение поля переводом выпрямителя в инверторный режим [8]. Этот способ гашения поля полностью вытеснил способ гашения на разрядное сопротивление, ранее широко применявшийся в схемах с электромашинный возбудителем. Считается, что гашение поля инвертированием происходит быстрее, чем на сопротивление при том условии, что возбудитель остается под напряжением, составляющем не менее 0, 6 [18]. Этот уровень напряжения является предельным, при котором продолжает функционировать система управления возбудителем. Если напряжение на возбудителе оказывается меньше 0, 6 UH, то инвертирование становится невозможным и гашение поля происходит с максимальной постоянной времени, определяемой малыми активными сопротивлениями обмотки возбуждения и питающего трансформатора возбудителя. Время же гашения поля на разрядное сопротивление не зависит от уровня остаточного напряжения питания возбудителя.
Таким образом, эффективность способов гашения магнитного поля инвертированием и на разрядное сопротивление оказывается по-разному зависящей от величины остаточного напряжения на возбудителе. А так как эффективность и надежность самозапуска СД во многом предопределяется эффективностью гашения магнитного поля обмотки возбуждения, то представляется важным и совершенно необходимым при внедрении самозапуска произвести выбор такого способа гашения, при котором достигается наибольшее быстродействие.
При всех нарушениях питания, когда напряжение на возбудителе оказывается менее 0, 6, всегда гашение поля на сопротивление эффективнее инвертирования. Для случаев, когда остаточное напряжение на возбудителе сохраняется в пределах Uост≥0, 6UH, выбор более эффективного способа гашения поля произведем на основе сравнения времен гашения до заданных значений тока возбуждения.
Все нарушения питания СД, при которых остаточное напряжение на возбудителе может быть равно и более 0, 6 UH, относятся к одной из двух групп. В первую группу входят посадки напряжения, вызванные коротким замыканием на отходящих от общих шин линиях, отделенных от рассматриваемого двигателя большими индуктивными сопротивлениями реакторов, трансформаторов и т. д. Выпавший из синхронизма двигатель отключается от сети для гашения поля, возбудитель остается подключенным к шинам с пониженным напряжением. Вторую группу образуют нарушения питания, сопровождаемые действием схем АВР, АПВ, когда шины некоторое время отключены от питания, а СД остаются подключенными к шинам. Выбегающие СД поддерживают на шинах затухающее напряжение, под которым находятся и возбудители этих СД.
Рассмотрим процесс гашения поля при нарушениях, относящихся к первой названной выше группе. В этом случав процесс гашения инвертированием без учета демпферной обмотки СД описывается уравнением
Решением этого уравнения является
Рис. 3.5. Сравнительная эффективность гашения поля инвертированием и на разрядное сопротивление: а- возбудитель под напряжением сети, б- возбудитель под э.д.с. выбегающего синхронного двигателя.
По неравенству (3.11) построены на рис. 3.5а графики при различных значениях Ког. Каждая кривая графика делит плоскость на две области: выше кривой, когда время гашения поля инвертированием меньше времени гашения поля на сопротивление, ниже кривой, когда гашение поля на сопротивление эффективнее инвертирования.
Применим полученные разбиения плоскости параметров Кс, Ки и Кг для сравнительного анализа эффективности способов гашения поля инвертированием, производимое в серийных статических возбудителях, и на разрядное сопротивление, в качестве которого используем встроенное в них пусковое сопротивление. Для серийных статических возбудителей значение Ки не превышает максимальной кратности форсировки возбуждения, которая составляет 1, 6+1, 7, а кратность пускового сопротивления равна 3+5 [18].
Поэтому Кг=3+5. Как видно из рис. 3.5а, для СД, участвующих в самозапуске и для которых достаточно обеспечить гашение поля до Ког=0,5, при указанных значениях Ки и Кс даже при отсутствии посадки напряжения Кс=1 гашение поля на сопротивление происходит быстрее, чем инвертированием. При этих значениях Кс, Ки и Кг гашение поля инвертированием эффективнее при глубоком гашении до Ког=0, 2 и ниже. Однако такого глубокого гашения поля при самозапуске СД не требуется. Поэтому при самозапуске СД в режиме, когда возбудитель в течение времени выбега двигателя находится под напряжением сети, преимуществе имеет способ гашения поля на сопротивление. Если учесть возможность увеличения кратности разрядного сопротивления, а также то, что режимы самозапуске всегда сопровождаются общими посадками напряжения в сети, то преимущества гашения поля на сопротивление еще более возрастают.
Неравенствам (3.26) и (3.27) соответствуют области плоскости параметров Ки и Кг, лежащие выше графиков, приведенных на рис. 3.56. Из графиков видно, что при Кг=3+5 и 1, 7 гашение поля на сопротивление всегда происходит быстрее, чем инвертированием.
Поскольку частота вращения СД при выбеге уменьшается, то процесс гашения поля в инверторном режиме замедляется. Это вытекает из сравнения уравнений (3.18) и (3.19), поскольку уменьшение частоты эквивалентно уменьшению кратности инвертирования Ки. А при уменьшении Ки, как следует из (3.23), полное время гашения возрастает.
Проведенный сравнительный анализ эффективности гашения поля инвертированием и на разрядное сопротивление показал, что при использовании серийных возбудителей СД в режиме их самозапуска, когда достаточно погасить поле до 0,5, самое быстрое гашение
поля независимо от вида нарушения питания достигается на активное сопротивление. В качестве разрядного сопротивления оказывается достаточным использовать встроенное в возбудитель пусковое сопротивление. Для повышения эффективности гашения поля можно увеличить разрядное сопротивление. Гашение поля инвертированием только затрудняет самозапуск.
При гашении поля на активное сопротивление необходимо уточнить способ технической реализации его. Здесь возможны два пути: только подключение параллельно обмотке возбуждения разрядного сопротивления или одновременно с подключением сопротивления принудительное выключение тиристоров выпрямителя статического возбудителя. Если после подключения сопротивления возбудитель принудительно не выключается (рис. 3.6), то характер протекания процесса гашения поля, как показали исследования, зависит от уровня напряжения-питания возбудителя. При исчезновении напряжения затухание тока в обмотке возбуждения происходит по внешней цепи с минимальным сопротивлением, содержащем обмотку питающего трансформатора Тр возбудителя и последний из открытых тиристоров Т возбудителя (рис. 3.6). Постоянная времени Тг и время гашения tr максимальны. Если трансформатор остается под напряжением, то время гашения состоит из интервала от момента подключения разрядного сопротивления до момента естественного отключения тиристоров возбудителя (предполагается, что импульсы на открытие тиристоров не поступают) и времени собственного гашения на сопротивление с постоянной Т(Кг+1). В этом случае полное время гашения оказывается зависящим еще и от кратности Кг разрядного сопротивления, что иллюстрируется графиком, приведенным на рис. 3.7 и построенном при сохранении полного напряжения на возбудителе. Постоянная времени гашения Тг минимальна при определенном сопротивлении Rr, а не обратно пропорциональна ему, как в выражении (3.18).
Рис. 3.6. Способ гашения магнитного поля СД на активное сопротивление.
Рис. 3.7. Зависимость постоянной времени гашения Тdог от кратности гасящего сопротивления.
Таким образом, если во время гашения поля выпрямитель возбудителя остается включенным, то эффективность гашения на сопротивление может существенно снизиться. Чтобы осуществить наиболее быстрое гашение поля СД на сопротивление при любых нарушениях питания и независимо от кратности этого сопротивления необходимо принудительно выключать тиристоры выпрямителя возбудителя, применяя известные схемы конденсаторной коммутации [24]. Практические схемы гашения поля на активное сопротивление приведены в п. 3.7.
Следует отметить, что повысить эффективность гашения поля инвертированием при любых возможных нарушениях питания СД оказывается принципиально невозможным.
